(57)【要約】  本発明の目的は、４０ｋＶ／ｃｍ以上の印加電界を印加しても、正確な量のインクの吐出、正確な角速度の測定、および正圧電効果による発電が可能なインクジェットヘッド、角速度センサ、および圧電発電素子を提供することである。  本発明に用いられる圧電体膜は、圧電体層および当該圧電体層を間に挟む第１電極および第２電極を具備し、第１電極は、（００１）配向を具備し、圧電体層は、（００１）配向を有する（１−ｚ）（ＮａxＢｉy）ＴｉＯ0.5x+1.5y+2−ｚＢａＴｉＯ3から構成され、ｘは０．３０以上０．４６以下、ｙは０．５１以上０．６２以下、ｚは０．０７以上０．０９以下である。
2012026107.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
角速度センサを用いて角速度を測定する方法であって、
前記角速度センサを用意する工程（ａ）と、
前記角速度センサは、振動部を有する基板、前記振動部に接合された圧電体膜、および電極群を具備し、
前記電極群は、駆動電極およびセンス電極を具備し、
前記圧電体膜は、圧電体層、および前記圧電体層を挟持する第１電極および第２電極を具備し、
前記第１電極は、（００１）配向を具備し、
前記圧電体層は、（００１）配向を有する（１−ｚ）（ＮａxＢｉy）ＴｉＯ0.5x+1.5y+2−ｚＢａＴｉＯ3から構成され、
ｘは０．３０以上０．４６以下であり、
ｙは０．５１以上０．６２以下であり、
ｚは０．０７以上０．０９以下であり、
前記電極群は、前記第１電極および第２電極から選ばれる、いずれか一方の電極を具備し、
前記第１電極および第２電極から選ばれる、他方の電極および前記駆動電極を介して前記圧電体層に４０ｋＶ／ｃｍ以上８０ｋＶ／ｃｍ以下の印加電界を有する駆動電圧を印加し、前記振動部（２００ｂ）を発振させる工程（ｂ）と、
前記発振中の振動部に加わった角速度によってもたらされた前記振動部の変形を、前記他方の電極および前記センス電極を介して測定し、前記加わった角速度の値を得る工程（ｃ）と、
からなる角速度を測定する方法。
【請求項２】
振動部を有する基板、前記振動部に接合された圧電体膜、および電極群を具備した角速度センサであって、
前記電極群は、駆動電極およびセンス電極を具備し、
前記圧電体膜は、圧電体層、および前記圧電体層を挟持する第１電極および第２電極を具備し、
前記第１電極は、（００１）配向を具備し、
前記圧電体層は、（００１）配向を有する（１−ｚ）（ＮａxＢｉy）ＴｉＯ0.5x+1.5y+2−ｚＢａＴｉＯ3から構成され、
ｘは０．３０以上０．４６以下であり、
ｙは０．５１以上０．６２以下であり、
ｚは０．０７以上０．０９以下であり、
前記電極群は、前記第１電極および第２電極から選ばれるいずれか一方の電極を具備する、
角速度センサ。
【請求項３】
インクジェットヘッドを用いて画像を形成する方法であって、
前記インクジェットヘッドを準備する工程（ａ）と、
前記インクジェットヘッドは、
第１電極および第２電極に挟まれた圧電体層を有する圧電体膜と、
前記圧電体膜に接合された振動層と、
インクを収容する圧力室を有するとともに、前記振動層における前記圧電体膜が接合した面とは反対側の面に接合された圧力室部材と、
を具備し、
前記振動層は、圧電効果に基づく前記圧電体膜の変形に応じて当該振動層の膜厚方向に変位するように、前記圧電体膜に接合され、
前記振動層および前記圧力室部材は、前記振動層の変位に応じて前記圧力室の容積が変化するとともに、前記圧力室の容積の変化に応じて前記圧力室内のインクが吐出されるように、互いに接合されており、
前記第１電極は、（００１）配向を具備し、
前記圧電体層は、（００１）配向を有する（１−ｚ）（ＮａxＢｉy）ＴｉＯ0.5x+1.5y+2−ｚＢａＴｉＯ3から構成され、
ｘは０．３０以上０．４６以下であり、
ｙは０．５１以上０．６２以下であり、
ｚは０．０７以上０．０９以下であり、
前記第１電極および第２電極を介して前記圧電体層に電圧を印加することにより、圧電効果に基づき、前記圧力室の容積が変化するように前記振動層を当該層の膜厚方向に変位させ、当該変位により前記圧力室からインクを吐出させる工程（ｂ）と、
からなる画像を形成する方法。
【請求項４】
第１電極および第２電極に挟まれた圧電体層を有する圧電体膜と、
前記圧電体膜に接合された振動層と、
インクを収容する圧力室を有するとともに、前記振動層における前記圧電体膜が接合した面とは反対側の面に接合された圧力室部材とを、具備するインクジェットヘッドであって、
前記振動層は、圧電効果に基づく前記圧電体膜の変形に応じて当該振動層の膜厚方向に変位するように、前記圧電体膜に接合され、
前記振動層および前記圧力室部材は、前記振動層の変位に応じて前記圧力室の容積が変化するとともに、前記圧力室の容積の変化に応じて前記圧力室内のインクが吐出されるように、互いに接合されており、
前記第１電極は、（００１）配向を具備し、
前記第１電極は、（００１）配向を具備し、
前記圧電体層は、（００１）配向を有する（１−ｚ）（ＮａxＢｉy）ＴｉＯ0.5x+1.5y+2−ｚＢａＴｉＯ3から構成され、
ｘは０．３０以上０．４６以下であり、
ｙは０．５１以上０．６２以下であり、
ｚは０．０７以上０．０９以下である、
インクジェットヘッド。
【請求項５】
圧電発電素子を用いた発電方法であって、
前記圧電発電素子を準備する工程（ａ）と、
前記圧電発電素子は、
振動部を有する基板と、
前記振動部に接合されるとともに、第１電極および第２電極に挟まれた圧電体層を有する圧電体膜と、を具備し、
前記第１電極は、（００１）配向を具備し、
前記圧電体層は、（００１）配向を有する（１−ｚ）（ＮａxＢｉy）ＴｉＯ0.5x+1.5y+2−ｚＢａＴｉＯ3から構成され、
ｘは０．３０以上０．４６以下であり、
ｙは０．５１以上０．６２以下であり、
ｚは０．０７以上０．０９以下であり、
前記振動部に振動を与えることにより、前記第１および第２電極を介して電力を得る工程（ｂ）と、
からなる発電方法。
【請求項６】
振動部を有する基板と、前記振動部に接合されるとともに、第１電極および第２電極に挟まれた圧電体層を有する圧電体膜とを、具備する圧電発電素子であって、
前記第１電極は、（００１）配向を具備し、
前記圧電体層は、（００１）配向を有する（１−ｚ）（ＮａxＢｉy）ＴｉＯ0.5x+1.5y+2−ｚＢａＴｉＯ3から構成され、
ｘは０．３０以上０．４６以下であり、
ｙは０．５１以上０．６２以下であり、
ｚは０．０７以上０．０９以下である、
圧電発電素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、当該圧電体膜を備えるインクジェットヘッドと当該ヘッドを用いて画像を形成する方法、当該圧電体膜を備える角速度センサと当該センサを用いて角速度を測定する方法ならびに当該圧電体膜を備える圧電発電素子と当該素子を用いた発電方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、ＭｇＯ基板／Ｐｔ電極／（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3層の積層体を開示している。【０００３】
特許文献２は、ＢｉおよびＮａの様々な組成を有する（ＮａxＢｉy）ＴｉＯ0.5x+1.5y+2−ＢａＴｉＯ3層を開示している。その中でも、ＢＮＴ＿０８  ７は、（ＮａxＢｉy）ＴｉＯ0.5x+1.5y+2−ＢａＴｉＯ3（ｘ＝０．２９かつｙ＝０．４３）から構成されている。【０００４】
特許文献２の図４に示されるように、ＢＮＴ＿０８  ７に印加し得る印加電界の最大値は、４０ｋＶ／ｃｍである。現実的な当該最大値は、１０ｋＶ／ｃｍである。なぜなら、図１１に示されるように、印加電界の値が１０ｋＶ／ｃｍを超えると、歪み量が印加電界に比例しないからである。歪み量が印加電界に比例しない圧電体膜がインクジェットヘッド、角速度センサ、および圧電発電素子に用いられると、正確な量のインクの吐出、正確な角速度の測定、および正圧電効果による発電が困難となる。【０００５】
一方、正確な量のインクの吐出、正確な角速度の測定、および正圧電効果による発電のためには、より高い印加電界が求められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１６５００７号公報
【特許文献２】米国特許出願公開第２００５／０１０９２６３号明細書
【発明の概要】
【０００７】
本発明の目的は、４０ｋＶ／ｃｍ以上の印加電界を印加しても、正確な量のインクの吐出、正確な角速度の測定、および正圧電効果による発電が可能なインクジェットヘッド、角速度センサ、および圧電発電素子を提供することにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、上記インクジェットヘッドを用いて画像を形成する方法、上記角速度センサを用いて角速度を測定する方法、および上記圧電発電素子を用いて発電する方法を提供することである。
【０００９】
本発明の圧電体膜は、圧電体層、および当該圧電体層を間に挟む第１電極および第２電極を具備し、第１電極は、（００１）配向を具備し、圧電体層は、（００１）配向を有する（１−ｚ）（ＮａxＢｉy）ＴｉＯ0.5x+1.5y+2−ｚＢａＴｉＯ3から構成され、ｘは０．３０以上０．４６以下、ｙは０．５１以上０．６２以下、ｚは０．０７以上０．０９以下である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１Ａ】図１Ａは、本発明の圧電体膜の一例を模式的に示す断面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、本発明の圧電体膜の別の一例を模式的に示す断面図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、本発明の圧電体膜の、さらにまた別の一例を模式的に示す断面図である。
【図２】図２は、本発明のインクジェットヘッドの一例を模式的に示す図であり、部分的に当該インクジェットヘッドの断面が示された斜視図である。
【図３】図３は、図２に示すインクジェットヘッドにおける、圧力室部材およびアクチュエータ部を含む要部の断面が示された分解斜視図である。
【図４】図４は、図２に示すインクジェットヘッドにおける、圧力室部材およびアクチュエータ部を含む要部の一例を模式的に示す断面図である。
【図５】図５は、本発明の角速度センサの一例を模式的に示す斜視図である。
【図６】図６は、図５に示す角速度センサにおける断面Ｅ１を示す断面図である。
【図７】図７は、本発明の圧電発電素子の一例を模式的に示す斜視図である。
【図８】図８は、図７に示す圧電発電素子における断面Ｆ１を示す断面図である。
【図９】図９は、実施例１〜８および比較例１〜８として作製した圧電体膜のＸ線回折プロファイルを示すグラフである。
【図１０】図１０は、実施例１として作製した圧電体膜のＰ−Ｅヒステリシス曲線を示すグラフである。
【図１１Ａ】図１１Ａは、一般的な圧電体材料の電界−歪み量のグラフである。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、図１１Ａの部分拡大グラフである。
【図１２】図１２は、実施例１〜３および比較例２、３として作製した圧電体膜の電界−歪み量の測定結果を示すグラフである。
【図１３】図１３は、実施例１、４、５および比較例４、５として作製した圧電体膜の電界−歪み量の測定結果を示すグラフである。
【図１４】図１４は、実施例１、６〜９および比較例６として作製した圧電体膜の電界−歪み量の測定結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を説明する。以下の説明では、同一の部材に同一の符号を与え、重複する説明を省略し得る。
【００１２】
［圧電体膜］
図１Ａは、本発明による圧電体膜の一形態を示す。図１Ａに示される圧電体膜１ａは、積層構造１６ａを有する。積層構造１６ａは、（００１）配向を有する第１電極１３、（００１）配向を有する（１−ｚ）（ＮａxＢｉy）ＴｉＯ0.5x+1.5y+2−ｚＢａＴｉＯ3（０．３０≦ｘ≦０．４６、０．５１≦ｙ≦０．６２、かつ０．０７≦ｚ≦０．０９）層１５、および第２電極１７をこの順に有する。
【００１３】
積層されたこれらの層１３／１５／１７は互いに接する。当該（１−ｚ）（ＮａxＢｉy）ＴｉＯ0.5x+1.5y+2−ｚＢａＴｉＯ3層１５は、圧電体層である。当該（１−ｚ）（ＮａxＢｉy）ＴｉＯ0.5x+1.5y+2−ｚＢａＴｉＯ3層１５は、小さいリーク電流特性、高い結晶性、高い（００１）配向性、および低い誘電損失特性を有する。さらに、４０ｋＶ／ｃｍ以上の電界が印加された場合でも、圧電体膜１ａの歪み量が印加電界に比例する。
【００１４】
ｘが０．３０未満である場合、４０ｋＶ／ｃｍ以上８０ｋＶ／ｃｍ以下の印加電界の範囲内において歪み量が印加電界に比例しない。後述される比較例２および６を参照せよ。
【００１５】
ｘが０．４６を超える場合、４０ｋＶ／ｃｍ以上８０ｋＶ／ｃｍ以下の印加電界の範囲内において歪み量が印加電界に比例しない。比較例３、７、および８を参照せよ。
【００１６】
ｙ０．５１未満である場合、４０ｋＶ／ｃｍ以上８０ｋＶ／ｃｍ以下の印加電界の範囲内において歪み量が印加電界に比例しない。比較例４、６、７、および８を参照せよ。
【００１７】
ｙが０．６２を超える場合、４０ｋＶ／ｃｍ以上８０ｋＶ／ｃｍ以下の印加電界の範囲内において歪み量が印加電界に比例しない。比較例５を参照せよ。
【００１８】
より詳細には、圧電体層は、組成式（１−ｚ）（ＮａxＢｉy）ＴｉＯ0.5x+1.5y+2−ｚＢａＴｉＯ3により表される。ｚは０．０７以上０．０９以下である。
【００１９】
（００１）配向を有する第１電極１３の例は、以下の（１）あるいは（２）である：
（１）白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、金（Ａｕ）のような金属層、あるいは
（２）酸化ニッケル（ＮｉＯ）、酸化ルテニウム（ＲｕＯ2）、酸化イリジウム（ＩｒＯ2）、ルテニウム酸ストロンチウム（ＳｒＲｕＯ3）、およびニッケル酸ランタン（ＬａＮｉＯ3）のような酸化物導電体層。
【００２０】
２層以上のこれらの層もまた、用いられ得る。
【００２１】
この中でも、ＬａＮｉＯ3は、化学式ＡＢＯ3により表されるペロブスカイト型の結晶構造を有する。当該結晶構造の格子定数は０．３８４ｎｍ（擬立方晶）である。このため、ＬａＮｉＯ3は、（１−ｚ）（ＮａxＢｉy）ＴｉＯ0.5x+1.5y+2−ｚＢａＴｉＯ3層１５に対する良好な格子整合性を有する。ＬａＮｉＯ3は、当該層の下地層の組成および結晶構造に拘わらず、（００１）配向を有する。例えば、ステンレスなどの金属からなる基板上にも、（００１）配向を有するＬａＮｉＯ3が形成され得る。
【００２２】
ＬａＮｉＯ3は、微量の不純物を含み得る。当該不純物は、典型的には、Ｌａを置換する希土類元素である。
【００２３】
ＰｔまたはＬａＮｉＯ3からなる第１電極１３は、典型的にはスパッタリング法により形成され得る。第１電極１３は、パルスレーザー堆積法（ＰＬＤ法）、化学気相成長法（ＣＶＤ法）、ゾルゲル法、およびエアロゾル堆積法（ＡＤ法）のような他の薄膜形成手法によっても形成され得る。
【００２４】
スパッタリング法により、（００１）配向を有するＰｔまたはＬａＮｉＯ3を具備する第１電極１３が形成される。
【００２５】
（１−ｚ）（ＮａxＢｉy）ＴｉＯ0.5x+1.5y+2−ｚＢａＴｉＯ3（０．３０≦ｘ≦０．４６かつ０．５１≦ｙ≦０．６２）層１５は圧電体層である。（１−ｚ）（ＮａxＢｉy）ＴｉＯ0.5x+1.5y+2−ｚＢａＴｉＯ3層１５は、（００１）の面方位を表面に有する。
【００２６】
チタン酸ナトリウム・ビスマスの酸素量を表す「０．５ｘ＋１．５ｙ＋２」は、誤差を含み得る。例えば、ｘ＝０．４１かつｙ＝０．５３であれば０．５×０．４１＋１．５×０．５３＋２＝３である。しかし、ナトリウムの量が０．４１かつビスマスの量が０．５３である場合でも、チタン酸ナトリウム・ビスマスの酸素量は完全に３に一致するとは限らない。
【００２７】
（１−ｚ）（ＮａxＢｉy）ＴｉＯ0.5x+1.5y+2−ｚＢａＴｉＯ3層１５の厚みは限定されない。当該厚みは、例えば、０．５μｍ以上１０μｍ以下である。（１−ｚ）（ＮａxＢｉy）ＴｉＯ0.5x+1.5y+2−ｚＢａＴｉＯ3層１５が薄くても、当該（１−ｚ）（ＮａxＢｉy）ＴｉＯ0.5x+1.5y+2−ｚＢａＴｉＯ3層１５が低い誘電損失および高い圧電性能を有する。
【００２８】
高い結晶性、高い配向性、低い誘電損失、および印加電界に対して線形的な歪み挙動を示すＰＺＴと同一の高い圧電性能を有する圧電体層の形成のために好適な組成は、圧電体層が有する格子定数の類似性または組成の類似性に基づいて予測することは困難である。この理由は、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3のような多元系複合酸化物を構成する各元素（酸素を除く）が異なる蒸気圧を有するため、良好な結晶性および良好な配向性を有する、当該複合酸化物により構成される薄膜を形成することが一般に困難であるからである。本発明者らは、（１−ｚ）（ＮａxＢｉy）ＴｉＯ0.5x+1.5y+2−ｚＢａＴｉＯ3層１５が、バッファ層を用いることなく、（００１）方位への高い結晶性、高い配向性を有することを見出した。
【００２９】
（１−ｚ）（ＮａxＢｉy）ＴｉＯ0.5x+1.5y+2−ｚＢａＴｉＯ3層１５は、化学式ＡＢＯ3により表されるペロブスカイト型の結晶構造を有する。サイトＡおよびサイトＢは、単独または複数の元素の配置に応じて、それぞれ２価および４価の平均価数を有する。サイトＡはＢｉ、ＮａおよびＢａである。サイトＢはＴｉである。（１−ｚ）（ＮａxＢｉy）ＴｉＯ0.5x+1.5y+2−ｚＢａＴｉＯ3層１５は、微量の不純物を含み得る。当該不純物は、典型的には、サイトＡにおけるＮａを置換するＬｉおよびＫならびにＢａを置換するＳｒおよびＣａであり得る。当該不純物は、典型的には、サイトＢにおけるＴｉを置換するＺｒであり得る。その他の当該不純物は、例えば、Ｍｎ、Ｆｅ、ＮｂおよびＴａであり得る。いくかの不純物は、（１−ｚ）（ＮａxＢｉy）ＴｉＯ0.5x+1.5y+2−ｚＢａＴｉＯ3層１５の結晶性および圧電性能を向上し得る。
【００３０】
第１電極１３と（１−ｚ）（ＮａxＢｉy）ＴｉＯ0.5x+1.5y+2−ｚＢａＴｉＯ3層１５との間には、必要に応じて、（００１）配向層がさらに挟まれ得る。（００１）配向層は、例えば、Ｐｔ層またはＳｒＲｕＯ3層である。
【００３１】
（１−ｚ）（ＮａxＢｉy）ＴｉＯ0.5x+1.5y+2−ｚＢａＴｉＯ3層１５は、典型的にはスパッタリング法により形成され得る。（１−ｚ）（ＮａxＢｉy）ＴｉＯ0.5x+1.5y+2−ｚＢａＴｉＯ3層１５は、（００１）配向を有する限り、例えば、ＰＬＤ法、ＣＶＤ法、ゾルゲル法、ＡＤ法のような他の薄膜形成手法によっても形成され得る。
【００３２】
第２電極１７は、（１−ｚ）（ＮａxＢｉy）ＴｉＯ0.5x+1.5y+2−ｚＢａＴｉＯ3層１５上に形成されている。第１電極１３および第２電極１７は、（１−ｚ）（ＮａxＢｉy）ＴｉＯ0.5x+1.5y+2−ｚＢａＴｉＯ3層１５に電圧を印加するために用いられる。
【００３３】
第２電極１７は、低い電気抵抗を有する金属から構成されることが好ましい。第２電極１７は、ＮｉＯ、ＲｕＯ2、ＩｒＯ3、ＳｒＲｕＯ3、またはＬａＮｉＯ3のような酸化物導電体から構成され得る。第２電極１７は、２種以上のこれらの材料により構成され得る。第２電極１７と（１−ｚ）（ＮａxＢｉy）ＴｉＯ0.5x+1.5y+2−ｚＢａＴｉＯ3層１５との間に、両者の密着性を向上させる密着層（不図示）が必要に応じて配置され得る。密着層の材料の例は、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、またはこれらの化合物であり得る。チタンが好ましい。密着層は、２種以上のこれらの材料により構成され得る。
【００３４】
実施形態１においては、第２電極１７および第１電極１３を介して、（１−ｚ）（ＮａxＢｉy）ＴｉＯ0.5x+1.5y+2−ｚＢａＴｉＯ3層１５に４０ｋＶ／ｃｍ以上８０ｋＶ／ｃｍ以下の電界（以下、「印加電界」という）が印加され得る。
【００３５】
４０ｋＶ／ｃｍ未満の印加電界は、正確な量のインクの吐出、正確な角速度の測定、および正圧電効果による発電のためには不十分であり得る。一方、８０ｋＶ／ｃｍを超える印加電界が印加される場合には、得られる歪み量が印加電界に比例しない傾向がある。
【００３６】
歪み量と印加電界との関係が、以下、説明される。
【００３７】
正確な角速度を測定可能な角速度センサ、正確な量のインクを吐出することが可能なインクジェットヘッド、および正圧電効果により発電可能な圧電発電素子のために、歪み量は電界に比例することが必要とされる。すなわち、歪み量ｂおよび電界ａは以下の等式１を満たすことを必要とされる。
【００３８】
ｂ＝ｃ1ａ  ・・・等式１  （ｃ1は定数）
本明細書において用いられる用語「比例」とは、ａおよびｂの値が上記等式１を満たすことを意味する。すなわち、用語「比例」とは、一次関数を意味する。
【００３９】
図１１Ａは、一般的な圧電体材料の電界−歪み量特性のグラフを示す。特許文献２の図４も参照されたい。図１１Ｂは、図１１Ａの部分拡大図を示す。
【００４０】
図１１（Ｂ）に示されるように、点Ａでの接線の傾きは、点Ｂでの接線の傾きと実質的に同一である。「実質的に同一」とは、式：点Ａでの接線の傾き／点Ｂでの接線の傾きにより表される比率が０．８以上１．２以下であることを意味する。これは、歪み量ｂは電界ａに比例することを意味する。点Ａおよび点Ｂの印加電界は、例えば、それぞれ４０ｋＶ／ｃｍおよび８０ｋＶ／ｃｍである。
【００４１】
一方、点Ｃでの接線は、点Ａおよび点Ｂでの接線よりも小さい傾きを有する。
【００４２】
歪み量ｂおよび電界ａが非一次関数の関係を有する場合、正確な角速度の測定、正確な量のインクの吐出、および正圧電効果による発電が困難となる。正確な角速度を測定可能な角速度センサ、正確な量のインクを吐出することが可能なインクジェットヘッド、および正圧電効果により発電可能な圧電発電素子には、歪み量ｂと電界ａの間に非一次関数の関係は望まれない。
【００４３】
しかし、特許文献２の図４に開示されている「ＢＮＴ＿０８  ７」の電界−歪み量のグラフによれば、印加電界の値が１０ｋＶ／ｃｍを超えると非一次関数の電界−歪み特性が見られる。すなわち、１０ｋＶ／ｃｍ以上での印加電界に対する歪み量は印加電界の増加とともに、０ｋＶ／ｃｍ（電界を印加しない状態）での歪み量の点と１０ｋＶ／ｃｍでの歪み量の点を結んで形成される直線の延長線上からは大きくかけ離れる傾向がある。すなわち、歪み量は電界に比例しない。
【００４４】
後述されるように、「ＢＮＴ＿０８  ７」と同様の組成を有する比較例６の場合にも、得られた圧電体膜の歪み量ｂは、非一次関数のように変化した。従って、当該圧電体膜は、角速度センサ、インクジェットヘッド、および圧電発電素子には適しない。
【００４５】
図１Ｂは、本発明による圧電体膜の別の一形態を示す。図１Ｂに示される圧電体膜１ｂは、積層構造１６ｂを有する。積層構造１６ｂでは、図１Ａに示される積層構造１６ａに金属電極層１２が加えられている。積層構造１６ｂでは、第１電極１３が当該金属電極層１２上に形成されている。具体的には、積層構造１６ｂは、金属電極層１２と、（００１）配向を有する第１電極１３と、（００１）配向を有する（１−ｚ）（ＮａxＢｉy）ＴｉＯ0.5x+1.5y+2−ｚＢａＴｉＯ3層１５とをこの順に有する。積層されたこれらの層は互いに接する。
【００４６】
金属電極層１２の材料の例は、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、金（Ａｕ）のような金属；酸化ニッケル（ＮｉＯ）、酸化ルテニウム（ＲｕＯ2）、酸化イリジウム（ＩｒＯ2）、ルテニウム酸ストロンチウム（ＳｒＲｕＯ3）のような酸化物導電体である。金属電極層１２は、２種以上のこれらの材料により構成され得る。金属電極層１２は低い電気抵抗および高い耐熱性を有することが好ましい。そのため、金属電極層１２はＰｔ層であることが好ましい。当該Ｐｔ層は、（１１１）配向を有し得る。
【００４７】
即ち、本発明の圧電体膜は、Ｐｔ層をさらに備え得る。第１電極１３が当該Ｐｔ層上に形成され得る。
【００４８】
金属電極層１２は、第１電極１３とともに、圧電体層である（１−ｚ）（ＮａxＢｉy）ＴｉＯ0.5x+1.5y+2−ｚＢａＴｉＯ3層１５に電圧を印加する電極層として機能し得る。換言すれば、当該電極層は、第１電極１３および金属電極層１２から構成される積層体である。
【００４９】
図１Ｂに示される圧電体膜１ｂは、金属電極層１２上に、第１電極１３、および（１−ｚ）（ＮａxＢｉy）ＴｉＯ0.5x+1.5y+2−ｚＢａＴｉＯ3層１５を順に形成することにより、製造され得る。
【００５０】
図１Ｃに示される圧電体膜１ｃでは、図１Ｂに示される積層構造１６ｂが基板１１上に形成されている。
【００５１】
基板１１は、ＭｇＯ基板であり得る。ＭｇＯ単結晶基板が好ましい。
【００５２】
基板１１と積層構造１６ｂとの間（より具体的には、基板１１と金属電極層１２との間）に、両者の密着性を向上させる密着層（不図示）が必要に応じて配置され得る。当該密着層は導電性を必要とする。密着層の材料の例は、Ｔｉ、Ｔａ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｒまたはこれらの化合物であり得る。密着層は、２種以上のこれらの材料により構成され得る。
【００５３】
図１Ａ〜図１Ｂに示される圧電体膜１ａ〜１ｂは、下地基板を用いて製造され得る。具体的には、当該圧電体膜１ａ〜１ｂは、下地基板上に積層構造１６ａ〜１６ｂを形成した後、当該下地基板を除去することによって製造され得る。当該下地基板は、エッチングのような公知の手法により除去され得る。
【００５４】
図１Ｃに示される圧電体膜１ｃも、下地基板を用いて製造され得る。具体的には、下地基板上に積層構造１６ｂを形成した後、当該下地基板を除去し、さらに、別途準備した基板１１上に積層構造１６ｂを配置することによって、当該圧電体膜１ｃは製造され得る。
【００５５】
下地基板の材料の例は、以下の（１）〜（７）である。
【００５６】
（１）  ＭｇＯのようなＮａＣｌ型構造を有する酸化物基板
（２）  ＳｒＴｉＯ3、ＬａＡｌＯ3、およびＮｄＧａＯ3のようなペロブスカイト型構造を有する酸化物基板
（３）  Ａｌ2Ｏ3のようなコランダム型構造を有する酸化物基板
（４）  ＭｇＡｌ2Ｏ4のようなスピネル型構造を有する酸化物基板
（５）  ＴｉＯ2のようなルチル型構造を有する酸化物基板
（６）（Ｌａ，Ｓｒ）（Ａｌ，Ｔａ）Ｏ3、およびイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）のような立方晶系の結晶構造を有する酸化物基板
（７）  ステンレス基板
これらの材料は、（１−ｚ）（ＮａxＢｉy）ＴｉＯ0.5x+1.5y+2−ｚＢａＴｉＯ3層１５の線熱膨張係数よりも大きい線熱膨張係数を有する。
【００５７】
下地基板は、ステンレスのような金属基板の表面に、ＮａＣｌ型の結晶構造を有する酸化物層を積層することによって形成され得る。そして、当該酸化物層の表面に、金属電極層１２または第１電極１３が形成され得る。酸化物層の例は、ＭｇＯ層、ＮｉＯ層、または酸化コバルト（ＣｏＯ）層である。
【００５８】
圧電体膜を製造する本発明の方法は、上述したように、下地基板上に、直接あるいは金属電極層１２のような他の層を介して、第１電極１３を形成する工程を包含し得る。基板１１を兼ね得る下地基板は除去された後、他の基板は配置され得る。このとき、当該他の基板は、金属電極層１２または第１電極１３に接するように配置され得る。当該他の基板は、（１−ｚ）（ＮａxＢｉy）ＴｉＯ0.5x+1.5y+2−ｚＢａＴｉＯ3層１５に接するように配置され得る。後者によれば、当該他の基板上に、（１−ｚ）（ＮａxＢｉy）ＴｉＯ0.5x+1.5y+2−ｚＢａＴｉＯ3層１５、および第１電極１３がこの順に積層された、圧電体膜が得られる。
【００５９】
［インクジェットヘッド］
以下、本発明のインクジェットヘッドを、図２〜図４を参照しながら説明する。
【００６０】
図２は、本発明のインクジェットヘッドの一形態を示す。図３は、図２に示されるインクジェットヘッド１００における、圧力室部材およびアクチュエータ部を含む要部を示す分解図である。
【００６１】
図２および図３における符号Ａは、圧力室部材を指し示す。圧力室部材Ａは、その厚み方向（図の上下方向）に貫通する貫通孔１０１を具備する。図３に示される貫通孔１０１は、圧力室部材Ａの厚み方向に切断された当該貫通孔１０１の一部である。符号Ｂは、圧電体膜および振動層を具備するアクチュエータ部を指し示す。符号Ｃは、共通液室１０５およびインク流路１０７を具備するインク流路部材Ｃを指し示す。圧力室部材Ａ、アクチュエータ部Ｂ、およびインク流路部材Ｃは、圧力室部材Ａがアクチュエータ部Ｂおよびインク流路部材Ｃに挟まれるように、互いに接合している。圧力室部材Ａ、アクチュエータ部Ｂおよびインク流路部材Ｃが互いに接合した状態で、貫通孔１０１は、共通液室１０５から供給されたインクを収容する圧力室１０２を形成する。
【００６２】
アクチュエータ部Ｂが具備する圧電体膜および振動層は、平面視において圧力室１０２と重複する。図２および図３における符号１０３は、圧電体膜の一部である個別電極層を指し示す。図２に示されるように、インクジェットヘッド１００は、平面視においてジグザグ状に配置された２以上の個別電極層１０３を、即ち、圧電体膜を、具備する。
【００６３】
インク流路部材Ｃは、平面視においてストライプ状に配置された２以上の共通液室１０５を具備する。図２および図３において、各共通液室１０５は、平面視において２以上の圧力室１０２と重複する。共通液室１０５は、インクジェットヘッド１００におけるインク供給方向（図２における矢印方向）に伸びている。インク流路部材Ｃは、共通液室１０５内のインクを圧力室１０２に供給する供給口１０６と、圧力室１０２内のインクをノズル孔１０８から吐出するインク流路１０７とを具備する。通常、１つの供給口１０６および１つのノズル孔１０８が、１つの圧力室１０２に対応付けられている。ノズル孔１０８は、ノズル板Ｄに形成されている。ノズル板Ｄは、圧力室部材Ａとともにインク流路部材Ｃを挟むように、インク流路部材Ｃに接合している。
【００６４】
図２における符号ＥはＩＣチップを指し示す。ＩＣチップＥは、アクチュエータ部Ｂの表面に露出する個別電極層１０３に、ボンディングワイヤＢＷを介して電気的に接続されている。図２を明瞭にするために、一部のボンディングワイヤＢＷのみが図２に示される。
【００６５】
図３は、圧力室部材Ａおよびアクチュエータ部Ｂを含む要部の構成を示す。図４は、圧力室部材Ａおよびアクチュエータ部Ｂにおける、インク供給方向（図２における矢印方向）に直交する断面を示す。アクチュエータ部Ｂは、第１電極（個別電極層１０３）および第２電極（共通電極層１１２）に挟まれた圧電体層１５を有する圧電体膜１０４（１０４ａ−１０４ｄ）を具備する。１つの個別電極層１０３は、１つの圧電体膜１０４ａ〜１０４ｄに対応付けられている。共通電極層１１２は、圧電体膜１０４ａ〜１０４ｄに共通する電極である。
【００６６】
図４における破線で囲まれているように、上述した圧電体膜１０４がインクジェットヘッド内部に配置される。当該圧電体膜は、［圧電体膜］と題された項目で説明された圧電体膜である。
【００６７】
なお図４において図示はしていないが、図１Ｂ、図１Ｃで説明したように、金属電極層１２を含んでも構わない。
【００６８】
［インクジェットヘッドを用いた画像形成方法］
本発明の画像を形成する方法は、上述した本発明のインクジェットヘッドにおいて、第１および第２電極（すなわち、個別電極層および共通電極層）を介して圧電体層に電圧を印加し、圧電効果により振動層を当該層の膜厚方向に変位させて圧力室の容積を変化させる工程、ならびに当該変位により圧力室からインクを吐出させる工程を含有する。
【００６９】
紙のような画像形成対象物とインクジェットヘッドとの間の相対位置を変化させながら、圧電体層に印加する電圧を変化させてインクジェットヘッドからのインクの吐出タイミングおよび吐出量を制御することによって、対象物の表面に画像が形成される。本明細書において用いられる用語「画像」は、文字を含む。換言すれば、本発明の画像を形成する方法により、紙のような印刷対象物に、文字、絵、図形などが印刷される。当該方法では、高い表現力を有する印刷をなし得る。
【００７０】
［角速度センサ］
図５は、本発明の角速度センサの一例を示す。図６は、図５に示される角速度センサ２１ａの断面Ｅ１を示す。図５に示される角速度センサ２１ａは、いわゆる音叉型角速度センサである。これは車両用ナビゲーション装置およびデジタルスチルカメラの手ぶれ補正センサに使用され得る。
【００７１】
図５に示される角速度センサ２１ａは、振動部２００ｂを有する基板２００と、振動部２００ｂに接合された圧電体膜２０８とを備える。
【００７２】
基板２００は、固定部２００ａと、固定部２００ａから所定の方向に伸びた一対のアーム（振動部２００ｂ）とを具備する。振動部２００ｂが延びる方向は、角速度センサ２１が測定する角速度の回転中心軸Ｌが延びる方向と同一である。具体的には、当該方向は、図５ではＹ方向である。基板２００の厚み方向（図５におけるＺ方向）から見て、基板２００は２本のアーム（振動部２００ｂ）を有する音叉の形状を有している。
【００７３】
基板２００を構成する材料は限定されない。当該材料は、例えば、Ｓｉ、ガラス、セラミクス、金属である。基板２００は、Ｓｉ単結晶基板であり得る。基板２００の厚みは、角速度センサ２１ａとしての機能が発現できる限り、限定されない。より具体的には、基板２００の厚みは０．１ｍｍ以上０．８ｍｍ以下である。固定部２００ａの厚みは、振動部２００ｂの厚みと異なり得る。
【００７４】
圧電体膜２０８は、振動部２００ｂに接合している。当該圧電体膜２０８は、［圧電体膜］と題された項目で説明された圧電体膜である。図５および図６に示されるように、当該圧電体膜２０８は、第１電極１３（２０２）、圧電体層１５、および第２電極１７（２０５）を具備する。
【００７５】
第２電極２０５は、駆動電極２０６およびセンス電極２０７を含む電極群を具備する。駆動電極２０６は、振動部２００ｂを発振させる駆動電圧を圧電体層１５に印加する。センス電極２０７は、振動部２００ｂに加わった角速度によって振動部２００ｂに生じた変形を測定する。振動部２００ｂの発振方向は、通常、その幅方向（図５におけるＸ方向）である。より具体的には、図５に示される角速度センサでは、一対の駆動電極２０６が、振動部２００ｂの幅方向に対する両端部に、振動部２００ｂの長さ方向（図５のＹ方向）に沿って設けられている。１本の駆動電極２０６が、振動部２００ｂの幅方向に対する一方の端部に設けられ得る。図５に示される角速度センサでは、センス電極２０７は、振動部２００ｂの長さ方向に沿って設けられており、かつ一対の駆動電極２０６の間に挟まれている。複数のセンス電極２０７が、振動部２００ｂ上に設けられ得る。センス電極２０７によって測定される振動部２００ｂの変形は、通常、その厚み方向（図５におけるＺ方向）の撓みである。
【００７６】
本発明の角速度センサでは、第１電極および第２電極から選ばれる一方の電極が、駆動電極とセンス電極とを含む電極群により構成され得る。図５に示される角速度センサ２１ａでは、第２電極２０５が当該電極群により構成される。当該角速度センサとは異なり、第１電極２０２が当該電極群により構成され得る。
【００７７】
接続端子２０２ａ、２０６ａおよび２０７ａが、第１電極２０２の端部、駆動電極２０６の端部およびセンス電極２０７の端部に、それぞれ形成されている。各接続端子の形状および位置は限定されない。図５では、接続端子は固定部２００ａ上に設けられている。
【００７８】
図５に示される角速度センサでは、圧電体膜２０８は、振動部２００ｂおよび固定部２００ａの双方に接合している。しかし、圧電体膜２０８が振動部２００ｂを発振させることができ、かつ振動部２００ｂに生じた変形が圧電体膜２０８によって測定され得る限り、圧電体膜２０８の接合の状態は限定されない。例えば、圧電体膜２０８は、振動部２００ｂのみに接合され得る。
【００７９】
本発明の角速度センサは、一対の振動部２００ｂからなる振動部群を２以上有し得る。そのような角速度センサは、複数の回転中心軸に対する角速度を測定し得、２軸あるいは３軸の角速度センサとして機能し得る。図５に示される角速度センサは、一対の振動部２００ｂからなる１つの振動部群を有する。
【００８０】
［角速度センサによる角速度の測定方法］
本発明の角速度を測定する方法は、本発明の角速度センサを用いて、駆動電圧を圧電体層に印加して、基板の振動部を発振させる工程、および発振中の振動部に加わった角速度によって振動部に生じた変形を測定することによって当該角速度の値を得る工程、を有する。第１電極および第２電極のうち、駆動電極およびセンス電極として機能しない電極（他方の電極）と、駆動電極との間に駆動電圧が印加され、圧電体層に駆動電圧が印加される。他方の電極およびセンス電極が、角速度によって、発振中の振動部に生じた変形を測定する。
【００８１】
以下、図５に示される角速度センサ２１ａを用いた角速度の測定方法を説明する。振動部２００ｂの固有振動と共振する周波数の駆動電圧が、第１電極２０２および駆動電極２０６を介して圧電体層１５に印加され、振動部２００ｂを発振させる。駆動電圧は、例えば、第１電極２０２を接地し、かつ駆動電極２０６の電位を変化させることで印加され得る（換言すれば、駆動電圧は、第１電極２０２と駆動電極２０６との間の電位差である）。角速度センサ２１ａ、音叉の形状に配列された一対の振動部２００ｂを有する。通常、一対の振動部２００ｂのそれぞれが有する各駆動電極２０６に、正負が互いに逆である電圧をそれぞれ印加する。これにより、各振動部２００ｂを、互いに逆方向に振動するモード（図５に示される回転中心軸Ｌに対して対称的に振動するモード）で発振させることができる。図５に示される角速度センサ２１ａでは、振動部２００ｂはその幅方向（Ｘ方向）に発振する。一対の振動部２００ｂの一方のみを発振させることによっても角速度の測定は可能である。しかし、高精度の測定のためには、両方の振動部２００ｂを互いに逆方向に振動するモードで発振させることが好ましい。
【００８２】
振動部２００ｂが発振している角速度センサ２１ａに対して、その回転中心軸Ｌに対する角速度ωが加わるとき、各振動部２００ｂは、コリオリ力によって厚み方向（Ｚ方向）に撓む。一対の振動部２００ｂが互いに逆方向に振動するモードで発振している場合、各振動部２００ｂは、互いに逆向きに、同じ変化量だけ撓むことになる。この撓みに応じて、振動部２００ｂに接合した圧電体層１５も撓み、第１電極２０２とセンス電極２０７との間に、圧電体層１５の撓みに応じた、即ち、生じたコリオリ力に対応した電位差が生じる。この電位差の大きさを測定することで、角速度センサ２１ａに加わった角速度ωを測定することができる。
【００８３】
コリオリ力Ｆｃと角速度ωとの間には以下の関係が成立する：
Ｆｃ＝２ｍｖω
ここで、ｖは、発振中の振動部２００ｂにおける発振方向の速度である。ｍは、振動部２００ｂの質量である。この式に示されているように、コリオリ力Ｆｃから角速度ωを算出し得る。
【００８４】
［圧電発電素子］
図７は、本発明の圧電発電素子の一例を示す。図８は、図７に示される圧電発電素子２２ａの断面Ｆ１を示す断面図である。圧電発電素子２２ａは、外部から与えられた機械的振動を電気エネルギーに変換する素子である。圧電発電素子２２ａは、車両および機械の動力振動および走行振動、ならびに歩行時に生じる振動、に包含される種々の振動から発電する自立的な電源装置に好適に適用される。
【００８５】
図７に示される圧電発電素子２２ａは、振動部３００ｂを有する基板３００と、振動部３００ｂに接合された圧電体膜３０８とを具備する。
【００８６】
基板３００は、固定部３００ａと、固定部３００ａから所定の方向に伸びた梁により構成される振動部３００ｂと、を有する。固定部３００ａを構成する材料は、振動部３００ｂを構成する材料と同一であり得る。しかし、これらの材料は互いに異なり得る。互いに異なる材料により構成された固定部３００ａが、振動部３００ｂに接合され得る。
【００８７】
基板３００を構成する材料は限定されない。当該材料は、例えば、Ｓｉ、ガラス、セラミクス、金属である。基板３００は、Ｓｉ単結晶基板であり得る。基板３００は、例えば、０．１ｍｍ以上０．８ｍｍ以下の厚みを有する。固定部３００ａは振動部３００ｂの厚みと異なる厚みを有し得る。振動部３００ｂの厚みは、振動部３００ｂの共振周波数を変化させて効率的な発電が行えるように調整され得る。
【００８８】
錘荷重３０６が振動部３００ｂに接合している。錘荷重３０６は、振動部３００ｂの共振周波数を調整する。錘荷重３０６は、例えば、Ｎｉの蒸着薄膜である。錘荷重３０６の材料、形状および質量ならびに錘荷重３０６が接合される位置は、求められる振動部３００ｂの共振周波数に応じて調整され得る。錘荷重３０６は省略され得る。振動部３００ｂの共振周波数が調整されない場合には、錘荷重３０６は不要である。
【００８９】
圧電体膜３０８は、振動部３００ｂに接合している。当該圧電体膜３０８は、［圧電体膜］と題された項目で説明された圧電体膜である。図７および図８に示されるように、当該圧電体膜３０８は、第１電極１３（３０２）、圧電体層１５、および第２電極１７（３０５）を具備する。
【００９０】
図７に示される圧電発電素子では、第１電極３０２の一部分が露出している。当該一部分は接続端子３０２ａとして機能し得る。
【００９１】
図７に示される圧電発電素子では、圧電体膜３０８は、振動部３００ｂおよび固定部３００ａの双方に接合し得る。圧電体膜３０８は、振動部３００ｂのみに接合し得る。
【００９２】
本発明の圧電発電素子では、複数の振動部３００ｂを有することで、発生する電力量を増大し得る。各振動部３００ｂが有する共振周波数を変化させることにより、広い周波数成分からなる機械的振動への対応が可能となる。
【００９３】
［圧電発電素子を用いた発電方法］
上述した本発明の圧電発電素子に振動を与えることにより、第１電極および第２電極を介して電力が得られる。
【００９４】
外部から圧電発電素子２２ａに機械的振動が与えられると、振動部３００ｂが、固定部３００ａに対して上下に撓む振動を始める。当該振動が、圧電効果による起電力を圧電体層１５に生じる。このようにして、圧電体層１５を挟持する第１電極３０２と第２電極３０５との間に電位差が発生する。圧電体層１５が有する圧電性能が高いほど、第１および第２電極間に発生する電位差は大きくなる。特に、振動部３００ｂの共振周波数が、外部から素子に与えられる機械的振動の周波数に近い場合、振動部３００ｂの振幅が大きくなることで発電特性が向上する。そのため、錘荷重３０６によって、振動部３００ｂの共振周波数が外部から素子に与えられる機械的振動の周波数に近くなるように調整されることが好ましい。
【００９５】
（実施例）
以下、実施例を用いて、本発明をより詳細に説明する。本発明は、以下の実施例に限定されない。
【００９６】
（実施例１）
実施例１では、図１Ｃに示される圧電体膜を作製した。当該圧電体膜は、基板１１、第１電極１３、（１−ｚ）（ＮａxＢｉy）ＴｉＯ0.5x+1.5y+2−ｚＢａＴｉＯ3層（ｘ＝０．３７、ｙ＝０．５８、ｚ＝０．０７）１５および第２電極１７を順に具備した。当該圧電体膜を、以下のように作製した。
【００９７】
（１００）の面方位を有するＭｇＯ単結晶基板の表面に、ＲＦマグネトロンスパッタリングにより、（１００）配向を有するＰｔ層（厚み２５０ｎｍ）を形成した。当該Ｐｔ層は、第１電極１３に対応する。ターゲットとして金属Ｐｔを用い、アルゴン（Ａｒ）ガスの雰囲気下にて、ＲＦ出力１５Ｗおよび基板温度３００℃の成膜条件で当該Ｐｔ層を形成した。
【００９８】
次に、第１電極１３の表面に、ＲＦマグネトロンスパッタリングにより、ＭＰＢ近傍組成の（１−ｚ）（ＮａxＢｉy）ＴｉＯ0.5x+1.5y+2−ｚＢａＴｉＯ3層１５（ｘ＝０．３７、ｙ＝０．５８、ｚ＝０．０７）（厚み２．７μｍ）を形成した。当該層は、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3層１５に対応する。上記の組成を有するターゲットを用い、Ａｒと酸素との混合ガス（流量比Ａｒ／Ｏ2が５０／５０）の雰囲気下にて、ＲＦ出力１７０Ｗおよび基板温度６５０℃の成膜条件下で当該層１５を形成した。作製した（１−ｚ）（ＮａxＢｉy）ＴｉＯ0.5x+1.5y+2−ｚＢａＴｉＯ3層（ｘ＝０．３７、ｙ＝０．５８、ｚ＝０．０７）１５の組成は、エネルギー分散型Ｘ線分光法（ＳＥＭ−ＥＤＸ）によって分析された。ＳＥＭ−ＥＤＸを用いた測定では、酸素（Ｏ）のような軽元素の分析精度が劣るため、当該軽元素の正確な定量は困難であった。しかし、作製した（１−ｚ）（ＮａxＢｉy）ＴｉＯ0.5x+1.5y+2−ｚＢａＴｉＯ3層（ｘ＝０．３７、ｙ＝０．５８、ｚ＝０．０７）１５に含まれるＮａ，Ｂｉ，Ｂａ，およびＴｉは、ターゲットと同一の組成を有することが確認された。
【００９９】
（１−ｚ）（ＮａxＢｉy）ＴｉＯ0.5x+1.5y+2−ｚＢａＴｉＯ3層１５（ｘ＝０．３７、ｙ＝０．５８、ｚ＝０．０７）の結晶構造を、Ｘ線回折によって解析した。Ｘ線回折は、（１−ｚ）（ＮａxＢｉy）ＴｉＯ0.5x+1.5y+2−ｚＢａＴｉＯ3層１５の表面にＸ線を入射して行われた。
【０１００】
図９は、その結果を示す。以降の比較例においても、同一のＸ線回折が用いられた。
【０１０１】
図９は、Ｘ線回折プロファイルの結果を示す。ＭｇＯ基板およびＰｔ層に由来する反射ピークを除き、（００１）配向を有する（１−ｚ）（ＮａxＢｉy）ＴｉＯ0.5x+1.5y+2−ｚＢａＴｉＯ3層に由来する反射ピークのみが観察された。当該（００１）反射ピークの強度は、２５６，０７５ｃｐｓであり、非常に強かった。図９に示されるプロファイルは、実施例で作製された（１−ｚ）（ＮａxＢｉy）ＴｉＯ0.5x+1.5y+2−ｚＢａＴｉＯ3層が極めて高い（００１）配向性を有することを意味する。
【０１０２】
続いて、当該プロファイルにおける（１−ｚ）（ＮａxＢｉy）ＴｉＯ0.5x+1.5y+2−ｚＢａＴｉＯ3層に由来する（００１）反射ピークの半値幅を、ロッキングカーブ測定により求めた。ロッキングカーブ測定とは、測定される反射ピークの回折角に回折角２θが固定された状態で、試料へのＸ線の入射角がスキャンされる測定である。半値幅が小さいほど、結晶性が高い。この結果、得られた半値幅は、層の主面に垂直な方向に対する結晶軸の傾きの程度に対応している。半値幅が小さいほど、結晶性が高い。測定された半値幅は０．２４°であり、非常に小さかった。これは、実施例１で作製された（１−ｚ）（ＮａxＢｉy）ＴｉＯ0.5x+1.5y+2−ｚＢａＴｉＯ3層が極めて高い結晶性を有することを意味する。以降の実施例および比較例においても、同一のロッキングカーブ測定が適用された。
【０１０３】
次に、（１−ｚ）（ＮａxＢｉy）ＴｉＯ0.5x+1.5y+2−ｚＢａＴｉＯ3層の表面に、蒸着により、Ａｕ層（厚み１００ｎｍ）を形成した。当該Ａｕ層は、第２電極１７に対応する。このようにして、実施例の圧電体膜が作製された。
【０１０４】
当該圧電体膜の強誘電特性および圧電性能を評価した。図１０は、実施例１の圧電体膜のＰ−Ｅヒステリシス曲線を示す。
【０１０５】
図１０に示されるように、Ｐｔ層およびＡｕ層を介して圧電体層へ印加する電界を増加させると、圧電体膜が良好な強誘電特性を現すことが確認された。インピーダンスアナライザを用いて１ｋＨｚにおける誘電損失（ｔａｎδ）を測定した。当該圧電体膜のｔａｎδは３．６％であった。これは、当該圧電体膜のリーク電流が小さいことを意味する。
【０１０６】
圧電体膜の圧電性能は、以下のように評価した。圧電体膜を幅２ｍｍに切り出して、カンチレバー状に加工した。次に、Ｐｔ層とＡｕ層との間に電界を印加してカンチレバーを変位させて得られた相対変位量をレーザー変位計により測定した。電界−歪み量の測定結果を図１２に示す。図１２における破線は、原点と印加電界４０ｋＶ／ｃｍでの歪み量の点を結ぶことにより描かれている。印加電界０ｋＶ／ｃｍでの歪み量を０μｍと規定する。測定された変位量を圧電定数ｄ31に変換し、当該圧電定数ｄ31により圧電性能を評価した。
【０１０７】
印加電界４０ｋＶ／ｃｍを印加した時の実施例１の圧電体膜の圧電定数ｄ31（４０ｋＶ／ｃｍ）は、−１４４ｐＣ／Ｎと高い値であった。圧電性能の線形性は、印加電界４０ｋＶ／ｃｍと８０ｋＶ／ｃｍにおけるｄ31の比から見積られた。ｄ31（４０ｋＶ／ｃｍ）／ｄ31（８０ｋＶ／ｃｍ）＝１．０３であった。このことは、当該圧電体膜の歪み量は印加電界に比例し、良好な変位特性を有することを意味する。
【０１０８】
（実施例２）
ｘ＝０．３０、ｙ＝０．５６、およびｚ＝０．０７である他は、実施例１と同様に実験を行った。
【０１０９】
実施例２による（００１）反射ピークの強度は、１３９，９６１ｃｐｓであり、非常に強かった。電界−歪み量の測定結果を図１２に示す。実施例２の圧電体膜のｄ31（４０ｋＶ／ｃｍ）は−１１７ｐＣ／Ｎと高い値であった。ｄ31（４０ｋＶ／ｃｍ）／ｄ31（８０ｋＶ／ｃｍ）＝１．０８であった。これは、印加電界に歪み量が比例したことを意味する。
【０１１０】
（実施例３）
ｘ＝０．４６、ｙ＝０．５５、およびｚ＝０．０７である他は、実施例１と同様に実験を行った。
【０１１１】
実施例３による（００１）反射ピークの強度は、１０６，８６９ｃｐｓであり、非常に強かった。電界−歪み量の測定結果を図１２に示す。実施例３の圧電体膜のｄ31（４０ｋＶ／ｃｍ）は−１０１ｐＣ／Ｎと高い値であった。ｄ31（４０ｋＶ／ｃｍ）／ｄ31（８０ｋＶ／ｃｍ）＝１．１５であった。これは、印加電界に歪み量が比例したことを意味する。
【０１１２】
（実施例４）
ｘ＝０．３８、ｙ＝０．５１、およびｚ＝０．０７である他は、実施例１と同様に実験を行った。
【０１１３】
実施例４による（００１）反射ピークの強度は、７６，０４０ｃｐｓであり、強かった。電界−歪み量の測定結果を図１３に示す。実施例４の圧電体膜のｄ31（４０ｋＶ／ｃｍ）は−１０４ｐＣ／Ｎと高い値であった。ｄ31（４０ｋＶ／ｃｍ）／ｄ31（８０ｋＶ／ｃｍ）＝１．０９であった。これは、印加電界に歪み量が比例したことを意味する。
【０１１４】
（実施例５）
ｘ＝０．３９、ｙ＝０．６２、およびｚ＝０．０７である他は、実施例１と同様に実験を行った。
【０１１５】
実施例５による（００１）反射ピークの強度は、１４３，３７７ｃｐｓであり、非常に強かった。電界−歪み量の測定結果を図１３に示す。実施例５の圧電体膜のｄ31（４０ｋＶ／ｃｍ）は−１１９ｐＣ／Ｎと高い値であった。ｄ31（４０ｋＶ／ｃｍ）／ｄ31（８０ｋＶ／ｃｍ）＝１．０６であった。これは、印加電界に歪み量が比例したことを意味する。
【０１１６】
（実施例６）
０．２ｍｏｌ％のＭｎを（１−ｚ）（ＮａxＢｉy）ＴｉＯ0.5x+1.5y+2−ｚＢａＴｉＯ3層に添加したこと以外は、実施例１と同様に実験を行った。
【０１１７】
実施例６による（００１）反射ピークの強度は、２１４，４９８ｃｐｓであり、非常に強かった。電界−歪み量の測定結果を図１４に示す。実施例６の圧電体膜のｄ31（４０ｋＶ／ｃｍ）は−１９５ｐＣ／Ｎと高い値であった。ｄ31（４０ｋＶ／ｃｍ）／ｄ31（８０ｋＶ／ｃｍ）＝１．０４であった。すなわち、当該圧電体膜は印加電界に対して歪み量が線形（一次）であった。これは、印加電界に歪み量が比例したことを意味する。さらに、Ｍｎの添加は、圧電定数を大きく向上させた。
【０１１８】
（実施例７）
ｘ＝０．３８、ｙ＝０．５６、およびｚ＝０．０９である他は、実施例１と同様に実験を行った。
【０１１９】
実施例７による（００１）反射ピークの強度は、１９４，８７９ｃｐｓであり、非常に強かった。電界−歪み量の測定結果を図１４に示す。実施例７の圧電体膜のｄ31（４０ｋＶ／ｃｍ）は−１１８ｐＣ／Ｎと高い値であった。ｄ31（４０ｋＶ／ｃｍ）／ｄ31（８０ｋＶ／ｃｍ）＝１．１１であった。これは、印加電界に歪み量が比例したことを意味する。
【０１２０】
（実施例８）
ＭｇＯ基板をステンレス基板に置換したこと、およびＰｔ層をＰｔ層／ＬａＮｉＯ３層の積層体に置換したこと以外は、実施例１と同様に実験を行った。実施例８による圧電体膜は以下のように作成された。
【０１２１】
ステンレス製の金属板の表面に、ＲＦマグネトロンスパッタリングにより、（１１１）配向を有するＰｔ層（厚み２５０ｎｍ）を形成した。当該Ｐｔ層は、Ｐｔ電極層１２に対応する。ターゲットとして金属Ｐｔを用い、アルゴン（Ａｒ）ガスの雰囲気下にて、ＲＦ出力１５Ｗおよび基板温度３００℃の成膜条件で当該Ｐｔ層を形成した。当該Ｐｔ層を形成する前に、Ｔｉ層（厚み２．５ｎｍ）をステンレス板の表面に形成し、ステンレス板とＰｔ層との間の密着性を向上させた。当該Ｔｉ層は、金属Ｐｔに代えて金属Ｔｉをターゲットとして用いたこと以外は、当該Ｐｔ層の形成方法と同じ方法により形成された。
【０１２２】
次に、Ｐｔ層の表面に、ＲＦマグネトロンスパッタリングにより、（００１）配向を有するＬａＮｉＯ3層（厚み２００ｎｍ）を形成した。ターゲットとしてストイキオメトリ組成を有するＬａＮｉＯ3を用い、Ａｒと酸素との混合ガス（流量比Ａｒ／Ｏ2が８０／２０）の雰囲気下にて、ＲＦ出力１００Ｗおよび基板温度３００℃の成膜条件下で当該ＬａＮｉＯ3層１３を形成した。
【０１２３】
次に、ＬａＮｉＯ3層（第１電極１３）の表面に、実施例１と同様の方法でＭＰＢ近傍組成の（１−ｚ）（ＮａxＢｉy）ＴｉＯ0.5x+1.5y+2−ｚＢａＴｉＯ3層（ｘ＝０．３７、ｙ＝０．５８、ｚ＝０．０７）（厚み２．７μｍ）を形成した。
【０１２４】
実施例８による（００１）反射ピークの強度は、６，７３４ｃｐｓであり、非常に強かった。電界−歪み量の測定結果を図１４に示す。実施例８の圧電体膜は、ｄ31（４０ｋＶ／ｃｍ）＝−７７ｐＣ／Ｎと高い圧電定数を発現し、ｄ31（４０ｋＶ／ｃｍ）／ｄ31（８０ｋＶ／ｃｍ）＝１．１８であった。これは、印加電界に歪み量が比例したことを意味する。
【０１２５】
（実施例９）
ＭｇＯ基板を（１００）ＮｉＯ層およびステンレス基板から構成される積層体に置換したこと以外は、実施例１と同様に実験を行った。実施例９による圧電体膜は以下のように作成された。
【０１２６】
（００１）面方位に配向したＮａＣｌ型構造を有するＮｉＯ層をプラズマＭＯＣＶＤ法にて、ステンレス製の金属板上に形成した。原料ガスにニッケルアセチルアセトナートを用い、ＲＦパワー１００Ｗ、基板温度４００℃の条件下で膜厚４００ｎｍのＮｉＯ層を形成した。
【０１２７】
その後、スパッタ法によって、（００１）面方位に配向した２５０ｎｍの厚みを有するＰｔ層を形成した。ターゲットには金属Ｐｔを使用し、Ａｒガス雰囲気にて、ＲＦパワー１５Ｗ、基板温度４００℃の条件の下、Ｐｔ層を形成した。
【０１２８】
次に、ＬａＮｉＯ3層（第１電極）１３の表面に、実施例１と同様の方法でＭＰＢ近傍組成の（１−ｚ）（ＮａxＢｉy）ＴｉＯ0.5x+1.5y+2−ｚＢａＴｉＯ3層（ｘ＝０．３７、ｙ＝０．５８、ｚ＝０．０７）（厚み２．７μｍ）を形成した。
【０１２９】
実施例９による（００１）反射ピークの強度は、３２，１０５ｃｐｓであり、非常に強かった。電界−歪み量の測定結果を図１４に示す。ｄ31（４０ｋＶ／ｃｍ）＝−８９ｐＣ／Ｎと高い圧電定数を発現し、ｄ31（４０ｋＶ／ｃｍ）／ｄ31（８０ｋＶ／ｃｍ）＝１．１４った。これは、印加電界に歪み量が比例したことを意味する。
【０１３０】
（比較例１）
ｘ＝０．５、ｙ＝０．５、およびｚ＝０．０７である他は、実施例１と同様に実験を行った。
【０１３１】
比較例１においても、（００１）配向を有する（１−ｚ）（ＮａxＢｉy）ＴｉＯ0.5x+1.5y+2−ｚＢａＴｉＯ3層に由来する反射ピークが観察された。しかし、（１−ｚ）（ＮａxＢｉy）ＴｉＯ0.5x+1.5y+2−ｚＢａＴｉＯ3層における他の結晶配向に由来する複数の反射ピークも観察された。上記（００１）反射ピークの強度は、３０，８９３ｃｐｓであり、実施例１におけるピーク強度（２５６，０７５ｃｐｓ）よりずっと低かった。このことは、比較例１の（１−ｚ）（ＮａxＢｉy）ＴｉＯ0.5x+1.5y+2−ｚＢａＴｉＯ3層が、実施例１の（１−ｚ）（ＮａxＢｉy）ＴｉＯ0.5x+1.5y+2−ｚＢａＴｉＯ3層と比べてより劣った配向性を有することを意味する。
【０１３２】
上記（００１）反射ピークの半値幅は０．８６°であり、実施例１の半値幅よりも大きかった。これは、比較例１の（１−ｚ）（ＮａxＢｉy）ＴｉＯ0.5x+1.5y+2−ｚＢａＴｉＯ3層が、実施例の（１−ｚ）（ＮａxＢｉy）ＴｉＯ0.5x+1.5y+2−ｚＢａＴｉＯ3層と比べてより劣った配向性を有することを意味する。
【０１３３】
次に、（１−ｚ）（ＮａxＢｉy）ＴｉＯ0.5x+1.5y+2−ｚＢａＴｉＯ3層の表面に、蒸着により、Ａｕ層（厚み１００ｎｍ）を形成した。このようにして、比較例１の圧電体膜が作製された。
【０１３４】
圧電体膜が具備するＰｔ層およびＡｕ層を用いて、当該圧電体膜の強誘電特性および圧電性能の評価を試みた。しかし、圧電体膜におけるリーク電流が非常に大きく、ヒステリシス曲線の測定が困難であった。比較例１の圧電体膜は、このような大きなリーク電流特性を有するため、比較例１の圧電体膜が有する正確な圧電定数ｄ31の値を求めることは困難であった。推定される圧電定数ｄ31は４０ｋＶ／ｃｍの印加電界でおよそ−４４ｐＣ／Ｎであり、実施例１の−１４４ｐＣ／Ｎと比べると非常に小さかった。また、８０ｋＶ／ｃｍの印加電界における歪み量は、大きなリーク電流のために測定できなかった。
【０１３５】
（比較例２）
ｘ＝０．２８、ｙ＝０．５８、およびｚ＝０．０７である他は、実施例１と同様に実験を行った。
【０１３６】
比較例２による（００１）反射ピークの強度は、３０，２２９ｃｐｓという非常に小さい値であった。図１２は電界−歪み量の測定結果を示す。４０ｋＶ／ｃｍの印加電界での圧電定数ｄ３１は、実施例１の−１４４ｐＣ／Ｎの値と比較して、−９４ｐＣ／Ｎという非常に小さな値であった。ｄ３１（４０ｋＶ／ｃｍ）／ｄ３１（８０ｋＶ／ｃｍ）の比は、１．２２であった。このことは、比較例２による圧電体膜の歪み量は、印加電界に対して非線形であることを意味する。比較例２による圧電体膜の歪み特性は、低かった。
【０１３７】
（比較例３）
ｘ＝０．４８、ｙ＝０．５９、およびｚ＝０．０７である他は、実施例１と同様に実験を行った。
【０１３８】
比較例３による（００１）反射ピークの強度は、２６，２１２ｃｐｓという非常に小さい値であった。図１２は電界−歪み量の測定結果を示す。４０ｋＶ／ｃｍの印加電界での圧電定数ｄ３１は、実施例１の−１４４ｐＣ／Ｎの値と比較して、−８４ｐＣ／Ｎという非常に小さな値であった。ｄ３１（４０ｋＶ／ｃｍ）／ｄ３１（８０ｋＶ／ｃｍ）の比は、１．３３であった。このことは、比較例３による圧電体膜の歪み量は、印加電界に対して非線形であることを意味する。比較例３による圧電体膜の歪み特性は、低かった。
【０１３９】
（比較例４）
ｘ＝０．３６、ｙ＝０．５０、およびｚ＝０．０７である他は、実施例１と同様に実験を行った。
【０１４０】
比較例４による（００１）反射ピークの強度は、２２，６６０ｃｐｓという非常に小さい値であった。図１２は電界−歪み量の測定結果を示す。４０ｋＶ／ｃｍの印加電界での圧電定数ｄ３１は、実施例１の−１４４ｐＣ／Ｎの値と比較して、−７９ｐＣ／Ｎという非常に小さな値であった。ｄ３１（４０ｋＶ／ｃｍ）／ｄ３１（８０ｋＶ／ｃｍ）の比は、１．３１であった。このことは、比較例４による圧電体膜の歪み量は、印加電界に対して非線形であることを意味する。比較例４による圧電体膜の歪み特性は、低かった。
【０１４１】
（比較例５）
ｘ＝０．４０、ｙ＝０．６５、およびｚ＝０．０７である他は、実施例１と同様に実験を行った。
【０１４２】
比較例５による（００１）反射ピークの強度は、２８，４５４ｃｐｓという非常に小さい値であった。図１３は電界−歪み量の測定結果を示す。４０ｋＶ／ｃｍの印加電界での圧電定数ｄ３１は、実施例１の−１４４ｐＣ／Ｎの値と比較して、−８４ｐＣ／Ｎという非常に小さな値であった。ｄ３１（４０ｋＶ／ｃｍ）／ｄ３１（８０ｋＶ／ｃｍ）の比は、１．２１であった。このことは、比較例５による圧電体膜の歪み量は、印加電界に対して非線形であることを意味する。比較例５による圧電体膜の歪み特性は、低かった。
【０１４３】
（比較例６）
ｘ＝０．２９、ｙ＝０．４３、およびｚ＝０．０６である他は、実施例１と同様に実験を行った。比較例６による圧電体膜は、ＢｉおよびＮａの組成が異なることを除き、特許文献２の表１に開示されている「ＢＮＴ＿０８  ７」により表される圧電体膜と実質的に同一である。
【０１４４】
比較例６による反射ピークは、（１−ｚ）（ＮａxＢｉy）ＴｉＯ0.5x+1.5y+2−ｚＢａＴｉＯ3層１５が（００１）配向のみに配向していることを示している。しかし、そのピーク強度は２４，８２３ｃｐｓしかなく、実施例１と比較すると１／１０程度であった。電界−歪み量の測定結果を図１４に示す。なお、図１４における直線は図１２における破線と同様に、原点と印加電界４０ｋＶ／ｃｍでの歪み量の点を結ぶことにより描かれている。圧電定数はｄ31（４０ｋＶ／ｃｍ）＝−７３ｐＣ／Ｎと実施例１の−１４４ｐＣ／Ｎと比べると非常に小さく、圧電定数の線形性はｄ31（４０ｋＶ／ｃｍ）／ｄ31（８０ｋＶ／ｃｍ）＝１．４０であった。図１４において、印加電界８０ｋＶ／ｃｍにおける変位量を表す点は、原点と印加電界４０ｋＶ／ｃｍでの変位量の点を結んだ直線から大きく乖離している。このことは、比較例６による圧電体膜の歪み量は、印加電界に対して非線形であることを意味する。比較例６による圧電体膜の歪み特性は、低かった。
【０１４５】
（比較例７）
ｘ＝０．５、ｙ＝０．５、およびｚ＝０．０７である他は、実施例８と同様に実験を行った。
【０１４６】
比較例７による（００１）反射ピークの強度は、１，２９１ｃｐｓであり、非常に弱かった。さらに、観測された反射ピークには、（１−ｚ）（ＮａxＢｉy）ＴｉＯ0.5x+1.5y+2−ｚＢａＴｉＯ3層が（００１）面方位へと配向したことによる反射ピークだけでなく、他の複数の反射ピークが含まれていた。単一方位に圧電体膜が配向していない場合には高い圧電定数の発現が望めないため、圧電特性を測定しなかった。
【０１４７】
（比較例８）
ｘ＝０．５、ｙ＝０．５、ｚ＝０．０７である他は、実施例９と同様に実験を行った。
【０１４８】
比較例８による（００１）反射ピークの強度は、３，３１８ｃｐｓであり、非常に弱かった。さらに、観測された反射ピークには、（１−ｚ）（ＮａxＢｉy）ＴｉＯ0.5x+1.5y+2−ｚＢａＴｉＯ3層が（００１）面方位へと配向したことによる反射ピークだけでなく、他の複数の反射ピークが含まれていた。単一方位に配向していない場合には高い圧電定数の発現が望めないため、圧電特性を測定しなかった。
【０１４９】
以下の表１および表２は、実施例１〜９および比較例１〜８の評価結果を要約している。
【０１５０】
【表１】
2012026107.tif 000003
【０１５１】
【表２】
2012026107.tif 000004
【０１５２】
表１および表２に示されるように、（００１）配向を有する電極層上に形成した（ＮａxＢｉy）ＴｉＯ0.5x+1.5y+2−ＢａＴｉＯ3層（０．３０≦ｘ≦０．４６、０．５１≦ｙ≦０．６２、かつ０．０７≦ｚ≦０．０９）は、高い（００１）配向性および高い結晶性を有する。さらに圧電定数が高く、歪み量は電界に比例した。
【０１５３】
実施例１、２、３および比較例２、３は、（１−ｚ）（ＮａxＢｉy）ＴｉＯ0.5x+1.5y+2−ｚＢａＴｉＯ3層においてＮａ量を示すｘの値が０．３０以上０．４６以下である場合、当該層が高い（００１）結晶配向性、低い誘電損失、高い圧電定数、および電界−歪み量の高い線形性を有することを示す。
【０１５４】
実施例３および比較例３は、ｘが０．４６を超えてはならないことを意味する。
【０１５５】
実施例２および比較例２は、ｘが０．３０未満であってはならないことを意味する。
【０１５６】
実施例１、４、５および比較例４、５は、（１−ｚ）（ＮａxＢｉy）ＴｉＯ0.5x+1.5y+2−ｚＢａＴｉＯ3層においてＢｉ量を表すｙが０．５１以上０．６２以下である場合、当該層は高い（００１）結晶配向性、低い誘電損失、高い圧電定数、電界−歪み量の高い線形性を有することを示す。
【０１５７】
実施例５および比較例５は、ｙが０．６２を超えてはならないことを意味する。
【０１５８】
実施例４および比較例４は、ｙが０．５１未満であってはならないことを意味する。
【０１５９】
実施例６は、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3層が添加元素としてＭｎを含有することで圧電定数が向上することを意味する。
【０１６０】
実施例７はｚ＝０．０９の場合にも実施例１と同様の効果が得られることを意味する。
【０１６１】
実施例８は、下地基板としてＭｇＯ基板に代えてステンレス基板を用い得ること、および第１電極としてＬａＮｉＯ３層を用い得ることを意味する。
【０１６２】
実施例９は、下地基板としてＭｇＯ基板に代えてＮｉＯ（００１）層およびステンレス基板から構成される積層体が用いられ得ることを意味する。
【０１６３】
本発明は、その意図および本質的な特徴から逸脱しない限り、他の実施形態に適用しうる。この明細書に開示されている実施形態は、あらゆる点で説明的なものであってこれに限定されない。本発明の範囲は、上記説明ではなく添付したクレームによって示されており、クレームと均等な意味および範囲にあるすべての変更はそれに含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１６４】
（１−ｚ）（ＮａxＢｉy）ＴｉＯ0.5x+1.5y+2−ｚＢａＴｉＯ3層（ｘは０．３０以上０．４６以下、ｙは０．５１以上０．６２以下、かつｚは０．０７以上０．０９以下）は、高い（００１）結晶配向性、低い誘電損失、高い圧電定数、そして印加電界−歪み量の高い線形性を有する。本発明の圧電体膜は、その高い圧電定数と線形的な歪み挙動を示すことから、従来の鉛系酸化物強誘電体に代わる圧電体膜として有用である。本発明の圧電体膜は、焦電センサ、圧電デバイスのような圧電体膜が使用されている分野に好適に使用され得る。その一例として、本発明のインクジェットヘッド、角速度センサおよび圧電発電素子が挙げられる。【０１６５】
本発明のインクジェットヘッドは、ＰＺＴのような鉛を含有する強誘電材料を含まないにも拘わらず、インクの吐出特性に優れる。当該インクジェットヘッドを用いた画像を形成する方法は、優れた画像の精度および表現性を有する。本発明の角速度センサは、ＰＺＴのような鉛を含有する強誘電材料を含まないにも拘わらず、高いセンサ感度を有する。当該角速度センサを用いた角速度を測定する方法は、優れた測定感度を有する。本発明の圧電発電素子は、ＰＺＴのような鉛を含有する強誘電材料を含まないにも拘わらず、優れた発電特性を有する。当該圧電発電素子を用いた本発明の発電方法は、優れた発電効率を有する。
【符号の説明】
【０１６６】
１１    基板
１２    金属電極層
１３    第１電極
１５    （１−ｚ）（ＮａxＢｉy）ＴｉＯ0.5x+1.5y+2−ｚＢａＴｉＯ3層
１７    第２電極
１０１    貫通孔
１０２    圧力室
１０２ａ    区画壁
１０２ｂ    区画壁
１０３    個別電極層
１０４    圧電体膜
１０５    共通液室
１０６    供給口
１０７    インク流路
１０８    ノズル孔
１１１    振動層
１１２    共通電極層
１１３    中間層
１１４    接着剤
１２０    下地基板
１３０    Ｓｉ基板
２００    基板
２００ａ    固定部
２００ｂ    振動部
２０２    第１電極
２０５    第２電極
２０６    駆動電極
２０６ａ    接続端子
２０７    センス電極
２０７ａ    接続端子
２０８    圧電体膜
３００    基板
３００ａ    固定部
３００ｂ    振動部
３０２    第１電極
３０５    第２電極
３０６    錘荷重
【図１Ａ】
2012026107.tif 000005
【図１Ｂ】
2012026107.tif 000006
【図１Ｃ】
2012026107.tif 000007
【図２】
2012026107.tif 000008
【図３】
2012026107.tif 000009
【図４】
2012026107.tif 000010
【図５】
2012026107.tif 000011
【図６】
2012026107.tif 000012
【図７】
2012026107.tif 000013
【図８】
2012026107.tif 000014
【図９】
2012026107.tif 000015
【図１０】
2012026107.tif 000016
【図１１Ａ】
2012026107.tif 000017
【図１１Ｂ】
2012026107.tif 000018
【図１２】
2012026107.tif 000019
【図１３】
2012026107.tif 000020
【図１４】
2012026107.tif 000021
【手続補正書】
【提出日】平成24年3月7日(2012.3.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
角速度センサを用いて角速度を測定する方法であって、
前記角速度センサを用意する工程（ａ）と、
前記角速度センサは、振動部を有する基板、前記振動部に接合された圧電体膜、および電極群を具備し、
前記電極群は、駆動電極およびセンス電極を具備し、
前記圧電体膜は、圧電体層、および前記圧電体層を挟持する第１電極および第２電極を具備し、
前記第１電極は、（００１）配向を具備し、
前記圧電体層は、（００１）配向を有する（１−ｚ）（ＮａｘＢｉｙ）ＴｉＯ０．５ｘ＋１．５ｙ＋２−ｚＢａＴｉＯ３から構成され、
ｘは０．３０以上０．４６以下であり、
ｙは０．５１以上０．６２以下であり、
ｚは０．０７以上０．０９以下であり、
前記電極群は、前記第１電極および第２電極から選ばれる、いずれか一方の電極を具備し、
前記第１電極および第２電極から選ばれる、他方の電極および前記駆動電極を介して前記圧電体層に４０ｋＶ／ｃｍ以上８０ｋＶ／ｃｍ以下の印加電界を有する駆動電圧を印加し、前記振動部（２００ｂ）を発振させる工程（ｂ）と、
前記発振中の振動部に加わった角速度によってもたらされた前記振動部の変形を、前記他方の電極および前記センス電極を介して測定し、前記加わった角速度の値を得る工程（ｃ）と、
からなる角速度を測定する方法。
【請求項２】
振動部を有する基板、前記振動部に接合された圧電体膜、および電極群を具備した角速度センサであって、
前記電極群は、駆動電極およびセンス電極を具備し、
前記圧電体膜は、圧電体層、および前記圧電体層を挟持する第１電極および第２電極を具備し、
前記第１電極は、（００１）配向を具備し、
前記圧電体層は、（００１）配向を有する（１−ｚ）（ＮａｘＢｉｙ）ＴｉＯ０．５ｘ＋１．５ｙ＋２−ｚＢａＴｉＯ３から構成され、
ｘは０．３０以上０．４６以下であり、
ｙは０．５１以上０．６２以下であり、
ｚは０．０７以上０．０９以下であり、
前記電極群は、前記第１電極および第２電極から選ばれるいずれか一方の電極を具備する、
角速度センサ。
【請求項３】
インクジェットヘッドを用いて画像を形成する方法であって、
前記インクジェットヘッドを準備する工程（ａ）と、
前記インクジェットヘッドは、
第１電極および第２電極に挟まれた圧電体層を有する圧電体膜と、
前記圧電体膜に接合された振動層と、
インクを収容する圧力室を有するとともに、前記振動層における前記圧電体膜が接合した面とは反対側の面に接合された圧力室部材と、
を具備し、
前記振動層は、圧電効果に基づく前記圧電体膜の変形に応じて当該振動層の膜厚方向に変位するように、前記圧電体膜に接合され、
前記振動層および前記圧力室部材は、前記振動層の変位に応じて前記圧力室の容積が変化するとともに、前記圧力室の容積の変化に応じて前記圧力室内のインクが吐出されるように、互いに接合されており、
前記第１電極は、（００１）配向を具備し、
前記圧電体層は、（００１）配向を有する（１−ｚ）（ＮａｘＢｉｙ）ＴｉＯ０．５ｘ＋１．５ｙ＋２−ｚＢａＴｉＯ３から構成され、
ｘは０．３０以上０．４６以下であり、
ｙは０．５１以上０．６２以下であり、
ｚは０．０７以上０．０９以下であり、
前記第１電極および第２電極を介して前記圧電体層に電圧を印加することにより、圧電効果に基づき、前記圧力室の容積が変化するように前記振動層を当該層の膜厚方向に変位させ、当該変位により前記圧力室からインクを吐出させる工程（ｂ）と、
からなる画像を形成する方法。
【請求項４】
第１電極および第２電極に挟まれた圧電体層を有する圧電体膜と、
前記圧電体膜に接合された振動層と、
インクを収容する圧力室を有するとともに、前記振動層における前記圧電体膜が接合した面とは反対側の面に接合された圧力室部材とを、具備するインクジェットヘッドであって、
前記振動層は、圧電効果に基づく前記圧電体膜の変形に応じて当該振動層の膜厚方向に変位するように、前記圧電体膜に接合され、
前記振動層および前記圧力室部材は、前記振動層の変位に応じて前記圧力室の容積が変化するとともに、前記圧力室の容積の変化に応じて前記圧力室内のインクが吐出されるように、互いに接合されており、
前記第１電極は、（００１）配向を具備し、
前記圧電体層は、（００１）配向を有する（１−ｚ）（ＮａｘＢｉｙ）ＴｉＯ０．５ｘ＋１．５ｙ＋２−ｚＢａＴｉＯ３から構成され、
ｘは０．３０以上０．４６以下であり、
ｙは０．５１以上０．６２以下であり、
ｚは０．０７以上０．０９以下である、
インクジェットヘッド。
【請求項５】
圧電発電素子を用いた発電方法であって、
前記圧電発電素子を準備する工程（ａ）と、
前記圧電発電素子は、
振動部を有する基板と、
前記振動部に接合されるとともに、第１電極および第２電極に挟まれた圧電体層を有する圧電体膜と、を具備し、
前記第１電極は、（００１）配向を具備し、
前記圧電体層は、（００１）配向を有する（１−ｚ）（ＮａｘＢｉｙ）ＴｉＯ０．５ｘ＋１．５ｙ＋２−ｚＢａＴｉＯ３から構成され、
ｘは０．３０以上０．４６以下であり、
ｙは０．５１以上０．６２以下であり、
ｚは０．０７以上０．０９以下であり、
前記振動部に振動を与えることにより、前記第１および第２電極を介して電力を得る工程（ｂ）と、
からなる発電方法。
【請求項６】
振動部を有する基板と、前記振動部に接合されるとともに、第１電極および第２電極に挟まれた圧電体層を有する圧電体膜とを、具備する圧電発電素子であって、
前記第１電極は、（００１）配向を具備し、
前記圧電体層は、（００１）配向を有する（１−ｚ）（ＮａｘＢｉｙ）ＴｉＯ０．５ｘ＋１．５ｙ＋２−ｚＢａＴｉＯ３から構成され、
ｘは０．３０以上０．４６以下であり、
ｙは０．５１以上０．６２以下であり、
ｚは０．０７以上０．０９以下である、
圧電発電素子。
【国際調査報告】
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2012026107.tif 000023
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